Organizzazione del sistema nervoso

• Nel regno animale si sono evoluti diversi tipi di sistema nervoso. Gli organismi a simmetria radiale hanno uno dei modelli più semplice di sistema nervoso, costituito da una rete nervosa, ossia da un sistema a reticolo di neuroni che si estende per tutto il corpo. 

Rete nervosa

Neurone

Idra (uno cnidario)

• La maggior parte degli animali presenta simmetria bilaterale, con due aspetti evolutivi caratteristici:– la cefalizzazione, cioè la concentrazione delle strutture nervose presso 

l’estremità anteriore;

– la centralizzazione, ossia la presenza di un sistema nervoso centrale separato da quello periferico. 

Macchia oculare

Encefalo

Cordone nervoso

Nervi periferici

Encefalo

Cordone nervoso ventrale

Gangli dei segmenti

Sanguisuga (un anellide)

Cordone nervoso ventrale

Gangli

Insetto (un artropode) Calamaro (un mollusco)

Encefalo

Assonegigante

Planaria (un verme piatto)

Encefalo

• Il sistema nervoso dei vertebrati presenta un alto livello di centralizzazione e di cefalizzazione

Sistema nervoso centrale (SNC)

Encefalo

Midollo spinale

Sistema nervoso periferico (SNP)

Nervi cranici

Gangli

Nervi spinali 

• Il sistema nervoso di tutti i vertebrati presenta alcune somiglianze fondamentali come:– la suddivisione in un sistema nervoso centrale (encefalo e midollo spinale) e periferico;

– l’elevato grado di cefalizzazione.

SNCsistema nervoso centrale

Encefalo

Liquido cerebrospinale

MeningiSostanza bianca

Sostanza grigia

Ganglio della radice dorsale (parte del SNP)

Nervo spiale (che fa parte del sistema nervoso periferico) Canale centrale

Midollo spinale(sezione trasversale)

VentricoliCanale ependimaledel midollo spinale

Midollo spinale

• Cavità interna del SNC e sezione trasversale del midollo spinale:

sostanza bianca/grigia

midollo spinale

• Il midollo spinale, lungo circa 45 cm nell'adulto e pesa circa 40 g, è costituito da un fascio di nervi che si estende dal cervello, e stabilisce delle connessioni tra questo e SNP. 

• Il midollo spinale è protetto dalle 33 vertebre della spina dorsale lunga 70 cm.

midollo spinale

• Il midollo spinale è composto da una sezione interna di materia grigia (che assomiglia molto alla forma di una farfalla) circondata da materia bianca.

• Dai corpi cellulari dei neuroni dei corni anteriori della farfalla partono i motoneuroni del SNP. Nei corpi cellulari delle corna posteriori arrivano le fibre dei neuroni sensoriali del SNP.

midollo spinale

• I percorsi sensoriali del midollo spinale:

1) percorso sensoriale ascendente trasporta informazioni ricevute da tutto il corpo verso specifici livelli del midollo spinale e successivamente verso il cervello. L’informazione proviene da cellule specializzate, come i sensori nella pelle (che si occupano del tatto, del dolore o dei cambiamenti ambientali) e i sensori che monitorano gli organi interni (ad esempio cuore, polmoni, intestino ecc).

2) percorso senso‐motorio discendenteQuesto percorso controlla sia i muscoli degli organi interni (es. cuore, stomaco, intestino, ecc.) sia i muscoli coinvolti nei movimenti. Il percorso discendente inizia dai nervi localizzati nel cervello i quali spediscono segnali elettrici al il midollo a livelli specifici: qui poi i neuroni trasmettono gli impulsi a parti specifiche del corpo.

3) riflessi spinali Il midollo spinale contiene anche parti di circuiti neuronali che sono coinvolti nei riflessi spinali. Questi circuiti coinvolgono i messaggi che sono stati ricevuti dai nostri organi di senso, che sono arrivati al midollo spinale, e dal quale è partita una risposta diretta ai muscoli senza necessariamente che il cervello sia stato coinvolto con una decisione. 

Muscolo quadricipite

Muscoli flessori

Encefalo

Midollo spinale

Nervo

SNP

Ganglio

SNC

Interneurone

4

2 Neurone sensoriale

3Motoneurone

1 Recettore

• Il midollo spinale è sede dei circuiti semplici che producono le risposte automatiche agli stimoli, o riflessi.

encefalo

barriera emato‐encefalica

Liquido cefalo‐rachidiano o cerebro‐spinale

ventricoli

nervi cranici

• L’encefalo si sviluppa a partire da tre dilatazioni anteriori del tubo neurale

Nei vertebrati, durante i primi stadi dello sviluppo embrionale, all’estremitàanteriore del tubo neurale compaiono tre rigonfiamenti: prosencefalo, mesencefalo e rombencefalo.

Regioni dell’encefalo embionale Regioni presenti nell’adulto

Prosencefalo 

Mesencefalo

Rombencefalo

Mesencefalo  Rombencefalo

Prosencefalo

Embrione (un mese)

Cervello (emisferi cerebrali; comprende la corteccia, la sostanza bianca e i nuclei basali)

Diencefalo (talamo, ipotalamo, ipofisi, epifisi)

Mesencefalo (parte del tronco encefalico)

Ponte (parte del tronco)

Midollo allungato (parte del tronco encefalico)

Emisfero cerebrale Diencefalo

Mesencefalo

Ponte 

Cervelletto

Midollo allungato

Midollo spinale

Feto (tre mesi)

Cervelletto

– Se confrontato a quello dei pesci, degli anfibi e dei rettili, il cervello degli uccelli e dei mammiferi èmolto più grande, rispetto alle altre parti dell’encefalo. 

– Un cervello più ampio è direttamente correlato con il comportamento più elaborato che caratterizza uccelli e mammiferi. 

• La struttura di un supercomputer vivente: l’encefalo umano– L’encefalo umano è più potente di qualsiasi computer.

– È formato da tre regioni principali che si sono evolute considerevolmente rispetto alle forme originali ancestrali:

• prosencefalo;

• mesencefalo;

• rombencefalo.

Prosencefalo

Mesencefalo

Rombencefalo

Cervello

Talamo

Ipotalamo

Ipofisi

Ponte

Midollo allungato

Cervelletto

Midollo spinale

Corteccia cerebrale

• Due parti del rombencefalo, chiamate midollo allungato e ponte, e il mesencefalo formano un’unità funzionale chiamata complessivamente tronco encefalico.

– Il cervelletto, un’altra componente del rombencefalo, è il centro operativo che coordina i movimenti.

– I più sofisticati centri di elaborazione nervosa sono quelli che derivano dal prosencefalo: il talamo, l’ipotalamo e il cervello. 

– Il cervello è la porzione più grande e sofisticata dell’encefalo.

Tronco encefalico

midollo allungato• contiene reti di neuroni che costituiscono il centro di controllo delle funzioni vitali come la respirazione e la pressione sanguigna, frequenza cardiaca, digestione e riflessi complessi.

midollo allungato

midollo allungato e ponte

tronco encefalico: ponte• Modulare l’attività dei neuroni nei centri superiori del cervello.

• Connessioni con il cervelletto.

• Controllo di funzioni come la respirazione.

cervelletto• Ruolo centrale nel controllo, memoria e coordinazione spazio‐temporale dei movimenti.

• Comportamenti 

automatici.

tronco encefalico: mesencefalo

• Riceve e integra le sensazioni uditive e riflessi visivi (raphe nuclei)

talamo• Il talamo invia alla corteccia cerebrale gli impulsi sensoriali; riceve dalla corteccia cerebrale le risposte motorie. L’informazione non viaggia 

semplicemente in una sola direzione ma “avanti e indietro”.

• Centri della percezione del dolore e della percezione del “sé”.

ipotalamo

Controlla la secrezione ormonale e l’omeostasi.

Vi sono localizzati i centri motivazionale, del piacere, della collera, del desiderio sia del cibo che sessuale, della risposta “fight or flight”. 

cervello

Emisfero cerebrale sinistro 

Emisfero cerebrale destro

Corpo calloso

Gangli basali

• Il cervello è costituito dagli emisferi cerebrali destro e sinistro, ognuno dei quali è responsabile dell’attività della parte opposta del corpo.

• Gli emisferi cerebrali sono costituiti da una parte centrale, nota come gangli della base, ed un foglio sottile ma esteso di neuroni che costituiscono la materia grigia della corteccia cerebrale.

gangli della base

• I gangli della base giocano un ruolo di primo piano nella capacità di iniziare e controllare un movimento.

corteccia cerebrale

• Impacchettata nello spazio limitato del cranio, la corteccia cerebrale è accartocciata con pieghe verso l’interno e verso l’esterno, consentendo di avere una superficie disponibile molto maggiore di quanto altrimenti possibile per il foglio di neuroni che la compone. 

• È suddivisa in un gran numero di aree separate, ciascuna distinguibile in base ad una propria struttura stratiforme e specifiche connessioni. 

• Le funzioni di molte di queste aree sono ben note, come le aree visiva, uditiva ed olfattiva, le aree che ricevono i segnali sensoriali dalla pelle (dette aree somatosensoriali) e numerose aree specializzate nel controllo del movimento.

corteccia

Informazioni provenienti dall’orecchio

Occhio

Formazione reticolareInformazioni provenienti dai recettori del tatto, del dolore e della temperatura

Informazioni in uscita verso la corteccia

• La formazione reticolare attraversa il centro del tronco encefalico e riceve informazioni dai recettori sensoriali, le filtra rimuovendo quelle che arrivano costantemente al sistema nervoso, e invia i dati utili alla corteccia cerebrale. 

• La corteccia cerebrale èun mosaico di regioni specializzate che interagiscono

• L’intricato circuito neuronale della corteccia cerebrale dà origine alle caratteristiche umane piùpeculiari: la logica e le capacità matematiche, l’abilità linguistica, l’immaginazione, il talento artistico e la personalità.

Lobo frontale Lobo parietale

Lobo occipitaleLobo temporale

Area di associazione Frontale (logica, giudizio)

Corteccia motoria

Corteccia somatosensoriale

Area di associazione somatosensoriale

Percezione del gusto

Linguaggio: area di WernickeSenso logico e comprensione

Percezione dell’udito

Percezione dell’olfattoArea di associazione uditiva

Area di associazione visiva

Vista

Linguaggio: area di BrocaSintassi del linguaggio 

– La maggior parte della nostra corteccia cerebrale è costituita dalle aree di associazione, che sono i siti delle attività mentali più sofisticate, ossia di ciò che noi chiamiamo semplicemente pensiero.

– Gli emisferi cerebrali destro e sinistro tendono a specializzarsi a svolgere funzioni differenti.

– L’area funzionale chiamata corteccia motoria ha soprattutto la funzione di inviare comandi ai muscoli scheletrici, fornendo risposte appropriate agli stimoli sensoriali.

area motoria

• Le vie nervose che connettono i recettorisensoriali alla corteccia e la corteccia ai muscoli si incrociano da un emisfero all’altro. Ciò significa che i movimenti della parte destra del corpo sono controllati dalla parte sinistra della corteccia cerebrale (e vice versa).

neuroni specchio

• “... i neuroni specchio faranno per la psicologia quello che il DNA ha fatto per la biologia: forniranno una visione unificata e aiuteranno a spiegare una quantità di capacità mentali che sono ancora misteriose e inaccessibili alla sperimentazione”

V.S. Ramachandran

area somatosensoriale

lateralizzazione

• Nella maggior parte delle persone l’emisfero sinistro è responsabile del linguaggio e della logica matematica.

• L’emisfero destro responsabile della percezione spaziale, dei volti e nell’elaborazione delle emozioni in generale.

brain imaging

Paziente sveglio, a riposo, con gli occhi chiusi (onde alfa)

Paziente sveglio, con intensa attività mentale (onde beta)

Paziente addormentato

Sonno non-REM (onde delta) Sonno REM Sonno non-REM (onde delta)

• I ricercatori studiano il tipo di attività elettrica del cervello durante la veglia e il sonno mediante una tecnica detta elettroencefalografia: un dispositivo trasforma i segnali elettrici, chiamati onde cerebrali, in un tracciato detto elettroencefalogramma o EEG.

corpo calloso

Le due metà del cervello non lavorano in maniera isolata, poiché la corteccia cerebrale destra e sinistra sono connesse da un largo tratto di fibre detto corpo calloso

sezione mediale

sistema limbico

RABBIA GIOIA RISO PIANTO ODIO AMORE MEMORIA

• Il sistema limbico è coinvolto nelle emozioni, nella memoria e nell’apprendimento

• Gran parte delle emozioni, della memoria e dell’apprendimento umani dipende dal nostro sistema limbico, un’unità funzionale del prosencefalo, costituita da numerosi centri di integrazione e daaree neuronali interconnesse, che include parti del talamo e dell’ipotalamo.

Olfatto

Bulbo olfattivoGusto Ippocampo

Cervello

TalamoIpotalamo

Corteccia prefrontale

• Il sistema limbico comprende regioni che “coordinano le afferenze sensoriali con le reazioni corporee e le necessità viscerali” e che “rappresentano il luogo di origine delle emozioni”.

Il concetto di Sistema Limbico non è tanto morfologico, quanto fisiologico e psicologico. Tale porzione del Sistema Nervoso Centrale interviene nell’elaborazione di tutto l’insieme dei comportamenti correlati con la sopravvivenza della specie, elabora le emozioni e le manifestazioni vegetative che ad esse si accompagnano ed ècoinvolto nei processi di memorizzazione.

• Il Sistema Limbico è una formazione filogeneticamente antica. Tali osservazioni fanno ritenere che le basi fisiologiche dell’emotività e del comportamento siano simili in tutti i mammiferi.

Le formazioni grigie del sistema limbico sono la corteccia del cingolo, il giro ippocampale, l’ippocampo, parte del nucleo amigdaloideo, i nuclei del setto pellucido, i nuclei mammillari dell’ipotalamo, il complesso nucleare anteriore del talamo.

madeleine

amidgala• Organo deputato all’associazione emozionale ed affettiva tra le percezioni e la memoria.

ippocampo• Struttura indispensabile alla fissazione della traccia di memoria

memorie

• La memoria a breve termine 

• La memoria a lungo termine dichiarativa– Memoria episodica

– Memoria semantica

• La memoria a lungo termine procedurale

• Memoria prospettica

• Memoria spaziale (cellule di posizione)

• Memoria genetica

plasticità

• Il nostro cervello cambia continuamente durante la nostra vita. Questa capacità del cervello di cambiare è detta plasticità.

• Non è il cervello nella sua totalità a cambiare  bensì i singoli neuroni, in particolare  durante lo sviluppo nella fase giovanile, durante l’apprendimento, o in seguito ad un trauma. 

plasticità sinaptica

Esistono vari meccanismi di plasticità, il piùimportante dei quali è la plasticità sinaptica ‐la scienza che studia come i neuroni modifichino le loro capacità di comunicare l’uno con l’altro.

Esercitare il cervello!

Quando le memorie diventano più permanenti, avvengono dei

cambiamenti strutturali. Le sinapsi cambiano forma o

dimensioni, nuove sinapsi possono comparire.

All’opposto,le sinapsi non utilizzate possono rimpicciolirsi e

morire.

La materia di cui il nostro cervello è composto si modifica in

risposta all’attività cerebrale.

Ai cervelli piace esercitarsi come ai nostri muscoli!

plasticità sinaptica e memoria

snp

Il sistema nervoso periferico ha una struttura funzionale gerarchica

• Il sistema nervoso periferico dei vertebrati può essere suddiviso in due componenti funzionalmente diverse: il sistema nervoso somatico e il sistema nervoso autonomo.

Sistema nervoso periferico

Sistema somatico (volontario)

Sistema autonomo 

(involontario)

Sistema simpatico

Sistema parasimpatico

Sistema enterico

– Il sistema nervoso somatico trasporta i segnali da e verso i muscoli scheletrici, principalmente in risposta a stimoli esterni. Viene detto volontarioperché gran parte delle sue azioni è sotto il controllo della volontà.

– Il sistema nervoso autonomo regola l’ambiente interno, controllando la muscolatura liscia, il miocardio e gli organi dei sistemi digerente, cardiovascolare, escretore ed endocrino. Questo controllo è generalmente di tipo involontario.

• Gli effetti contrapposti dei neuroni dei sistemi simpatico e parasimpatico regolano l’ambiente interno– Un gruppo di neuroni, che costituisce il sistema parasimpatico, induce nell’organismo le attivitàlegate all’acquisizione e alla conservazione dell’energia. 

– L’altro gruppo di neuroni, appartenenti al sistema simpatico, tende a svolgere il compito opposto, preparando il corpo alle attività che consumano energia. 

Il sistema nervoso autonomo: